JP2021050042A - ねじキャップを締めるための蓋締め装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、動力伝達機構によってモータからねじキャップに力を伝達するために、モータと動力伝達機構とを備えた、ねじキャップを締めるための新規な蓋締め装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による蓋締め装置は、目標蓋締めトルク、および実際の蓋締めトルクモデルなどのモータの動作パラメータの実測値を利用して、モータの動作を動的に適合させるように構成された制御ユニットを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばモータ駆動方式で、容器のねじキャップを自動的に締める装置の技術分野にある。特に、本発明は、モータと動力伝達機構（ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ）とを備え、動力伝達機構によってモータからねじキャップに力を伝達するように構成された、ねじキャップを締めるための蓋締め装置に関する。

モータの力を適切に伝達することによりモータによってねじキャップを締め、これにより、ねじキャップは、例えば容器の開口部上のねじ部などのねじ部上で回動することが知られている。その際、一例として、最大モータトルクが指定される。この変数は、既存のシステムを用いて容易に検出することができ、最大モータトルクを超えないようにモータを制御することができる。本明細書では、モータトルクはモータによって出力されるトルクである。キャップに伝達されると、このモータトルクは、少なくとも動力伝達機構の固有トルクとねじキャップに作用するトルクとに分割される。ねじキャップが締められた後の密閉度合いは、例えば実際の蓋締めトルクによって数値化することができる。実際の蓋締めトルクは、蓋締め工程中にねじキャップに作用するトルクに依存する。さらに、ねじキャップおよびその対応物、特にそれぞれのねじ部の特性もまた、蓋締め工程において重要である。実際の蓋締めトルクへの影響を判断するために、ねじ部の特性を逆トルクの形態で数値化することができる。例えば本明細書では、キャップおよびその対応物の摩擦係数、ねじ部の形状、またはそれぞれの材料の弾性が、逆トルクの大きさに影響を与えることがある。実際の蓋締めトルクは、ねじキャップに作用するトルクだけでなく、この逆トルクにも依存する。

原則として、実際の蓋締めトルクは、所定の目標蓋締めトルクから可能な限り逸脱しないことが望ましい。しかし、既知のシステムは、実際の蓋締めトルクが比較的広範にわたる原因となる。

したがって、本発明の基礎となる目的は、実際の蓋締めトルクの目標蓋締めトルクからの平均偏差が低減される場合に、蓋締め装置と、ねじキャップを締める方法とを提供することである。

この目的は、独立請求項の主題によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

冒頭で言及した蓋締め装置は、本発明によれば、例えばモータの実速度、目標蓋締めトルクおよび実際の蓋締めトルクモデルなどのモータの動作パラメータの実測値を利用して、モータの動作を動的に適合させるように構成された制御ユニットを備える。

動作中に実際の蓋締めトルクを測定することは、技術的に困難である。発明者らはまた、偏差への有意な寄与が、とりわけ、動力伝達機構内で生じて一定量のオーバーランの原因となり得る慣性および摩擦に起因することも発見した。実際の蓋締めトルクが動作中に測定され、かつ目標蓋締めトルクに達したときにモータが停止した場合であっても、蓋締めトルクは、動力伝達機構のオーバーランにより、様々なシステムパラメータおよび／または動作パラメータに依存する量だけ増加する。したがって、単純な補正値による補正が必ずしも望ましい改善をもたらすとは限らない。さらに、キャップおよび／またはキャップの対応物の特性の偏差、例えば使用されるそれぞれの材料に起因する偏差もまた、特に蓋締め工程の終盤に向かってそれぞれ発生する、それらに起因する逆トルクの経時的な発生が、このような偏差のために蓋締め工程によって変動するので、役割を果たしている。

しかし、主張された動的適合は、実際の蓋締めトルクの目標蓋締めトルクからの偏差を確実に低減することを可能にする。

本明細書では、目標蓋締めトルクとは、蓋締め工程の完了後に実際の蓋締めトルクが有するべき所定の値を意味する。目標蓋締めトルクは、任意の場所、例えば蓋締め装置の記憶媒体および別個の記憶媒体に記憶されてもよい。目標蓋締めトルクは、ユーザによって記憶されてもよい。目標蓋締めトルクについて指定する高さ、および形式もしくは単位は実際の使用事例に依存し、当業者が適切な方法で選択してもよい。

モータおよび動力伝達機構に加えて、蓋締めユニットはまた、例えばキャップを保持するため、および／または蓋締め工程中に力を直接伝達するために構成されたねじ込みヘッドなど、キャップと直接相互作用する要素を備えてもよい。モータは、例えば電気モータであってもよい。動力伝達機構は、例としてギヤユニットを含んでもよい。

ねじキャップは、例えば蓋などの容器用のキャップを含んでもよく、キャップには、ねじ部、特に雌ねじ部が設けられている。

本明細書では、動的適合とは、例えば閉ループ制御処理によって制御を実行することを意味し、閉ループ制御処理は、モータに供給されるモータの動作パラメータの実際値を有し、所定の目標蓋締めトルクが達成されるように、全蓋締め工程中にモータの動作パラメータの設定値を調整する。特に、蓋締め装置は、モータの動作の測定および適合、特に実際の蓋締めトルクモデルによる実際の蓋締めトルクの計算が連続的に行われるように構成されてもよい。

特に、動力伝達機構の固有トルク、およびそこから導出される実際の蓋締めトルクの連続的な計算を実行することができ、この計算に基づいて動作パラメータの値を調整することができる。最も単純な場合、実際の蓋締めトルクモデルは、モータトルク（モータによって出力されるトルク）と動力伝達機構の固有トルクとの差を形成することによって、実際の蓋締めトルクの値を生成することができる。

実際の蓋締めトルクモデルは、キャップに作用するモデル化されたトルクに基づいて、このモデル化されたトルクに起因するモデル化された実際の蓋締めトルクを提供するように構成されてもよい。

本明細書では、キャップに作用するトルクは、モータトルク、動力伝達機構の固有トルクに起因することがあり、場合によっては、摩擦などの他のシステムパラメータにも起因することがあり、キャップに伝達されるトルクである。蓋締めトルクは、キャップに作用するトルクおよび逆トルクに依存する。逆トルクは、例えば上記で説明したように、キャップおよび／またはその対応物、特にそれらのねじ部の特性に依存し得る。したがって、これらの特性およびパラメータは、キャップに作用するモデル化されたトルクと、モデル化された蓋締めトルクとに影響を与えることがある。

実際の蓋締めトルクモデルは、動力伝達機構モデルを利用して、キャップに作用するトルクを提供するように構成されてもよく、動力伝達機構モデルは、動力伝達機構のモデル化された固有トルクを特に含む。

動力伝達機構モデルは、動力伝達機構内の慣性および／または摩擦に基づいて、動力伝達機構の固有トルクの値を提供するように構成されてもよい。

制御ユニットは、制御ループに基づいてモータの動作を動的に適合させるように構成されてもよい。

制御ループは、動作パラメータの実測値および入力変数としての所定の目標蓋締めトルクに基づいて、設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または値の上限および／または下限を出力するように構成されてもよい。

制御ループは、実際の蓋締めトルクモデルを利用して実際の蓋締めトルクの現在値を決定し、実際の蓋締めトルクの現在値および目標蓋締めトルクに基づいて、特に実際の蓋締めトルクの値と目標蓋締めトルクの値との比較に基づいて、設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または値の上限および／または下限を決定するように構成されてもよい。

制御ループは、実際の蓋締めトルクモデルに従って、設定される動作パラメータの値を設定した場合に実際の蓋締めトルクの値が目標蓋締めトルクに近づくことを求めることができるように、設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または値の上限および／または下限を決定するように構成されてもよい。

制御ユニットは、出力値に対応する動作パラメータ値、および／または出力値の範囲内にある動作パラメータ値、および／または出力された上限を下回る動作パラメータ値、および／または出力された下限を上回る動作パラメータ値を、モータに設定するように構成されてもよい。

設定される動作パラメータは、モータ速度および／またはモータトルクを含んでもよい。

蓋締め装置は、実際の蓋締めトルクモデルを利用して、および、動作パラメータのある設定値もしくは特定の設定値、動作パラメータの求められる実際値、および動作パラメータの測定値を利用して、例えばねじキャップに起因する逆トルク、特に上述の逆トルクの値を決定するように構成されてもよい。

本発明はまた、上述の蓋締め装置のうちの少なくとも１つを備えるキャッパに関する。キャッパは、連続運転用に特に構成されてもよい。キャッパ、特に連続運転用に構成されたキャッパは、複数の上述の蓋締め装置を備える機械の形態で構成されてもよい。機械は、回転機械の形態で特に構成されてもよく、本発明による複数の蓋締め装置を備えてもよい。蓋締め装置は、この場合は特に、密閉される容器を搬送するように構成された回転機械の回転式コンベヤの外周に配置されてもよい。特に、蓋締め装置は、回転式コンベヤの外周に一定の間隔で配置されてもよい。

複数の蓋締め装置を設けることは、処理能力の向上に好適である。特に回転機械において複数の蓋締め装置を含む装置の場合、この高い処理能力のために、モータを利用して蓋締め工程を可能な限り迅速であるにもかかわらず正確に実行することが特に好適であり、これにより、上述の蓋締め装置の使用は、特にそのような機械において、高品質とも相まって高処理能力を可能にする。

本発明はまた、１つ以上の上述の蓋締め装置、特に少なくとも１つの上述のキャッパ、特に少なくとも１つの上述の回転機械を備える、特に食品を充填するための充填設備に関する。

本発明はまた、ねじキャップを締める方法に関し、ここで、力は、蓋締めを目的として動力伝達機構によってモータからねじキャップに伝達される。モータの動作は、例えば実速度、目標蓋締めトルクおよび実際の蓋締めトルクモデルなどのモータの動作パラメータの実測値を利用して、動的に適合される。

方法ステップは、閉ループ制御方法として実行されてもよく、すなわち、ステップは繰り返し実行されてもよく、動作パラメータの値は動的に適合されてもよい。動作パラメータの実際値の測定およびモータの動作の適合は、特に連続的に実行されてもよい。

モータの動作は、特に制御ループに基づいて動的に適合されてもよい。特に、制御ループは、動作パラメータの実測値および入力変数としての所定の目標蓋締めトルクに基づいて、モータの設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または値の上限および／または下限を出力するように構成されてもよい。

制御ループは、実際の蓋締めトルクモデルを利用して実際の蓋締めトルクの現在値を決定し、実際の蓋締めトルクの現在値および目標蓋締めトルクに基づいて、特に実際の蓋締めトルクと目標蓋締めトルクとの値の比較に基づいて、設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または値の上限および／または下限を決定するように構成されてもよい。

制御ループは、実際の蓋締めトルクモデルに従って、設定される動作パラメータの値を設定した場合に実際の蓋締めトルクの値が目標蓋締めトルクに近づくことを求めることができるように、設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または値の上限および／または下限を決定するように特に構成されてもよい。

この方法は、制御ユニットによって、出力値に対応する動作パラメータ値、および／または出力値の範囲内にある動作パラメータ値、および／または出力された上限を下回る動作パラメータ値、および／または出力された下限を上回る動作パラメータ値をモータに設定するステップを含んでもよい。

装置に関連して説明された特徴および利点は、類似の態様における方法にも適用可能である。

追加の特徴および利点は、例示的な図を参照して以下に説明される。

一実施形態による蓋締め装置の概略図を示しているが、これは縮尺通りではない。 一実施形態による制御ループを示す図である。

図１では、本発明の一実施形態の蓋締め装置１が概略的に示されているが、縮尺通りではない。蓋締め装置は、モータ２と、動力伝達機構３と、ねじ込みヘッド４とを備える。

さらに、この図は、蓋締め装置の一部であるかまたはそうでなくてもよく、容器６を支持するように、特にねじ込みヘッドの動作領域において容器を支持するように構成された、支持体５を示している。

さらに、ねじ込みヘッドによって保持されるねじキャップ７が示されている。ねじキャップはねじ部７ａを有し、ここで、ねじ部７ａは雌ねじである。ここで、ねじ部を説明するために、ねじキャップの断面が示されている。容器は、閉じられる端部にねじ部６ａを有し、ここで、ねじ部６ａは、典型的にはねじキャップのねじ部と一致する雄ねじである。言うまでもなく、蓋締め装置は、この種の容器およびキャップを正確に締めることに限定されない。

この図はまた、モータに取り付けられるかまたはモータと一体的に形成されてもよいセンサ８を示す。センサは、例えばモータ速度および／またはモータトルクを検出するために、モータの少なくとも１つの動作パラメータの実際値を測定するように構成される。

さらに、データリンク１０を介してセンサに接続された制御ユニット９が示され、センサおよび制御ユニットは、センサが検出したデータを制御ユニットに送信するように構成される。あるいは、制御ユニットおよびセンサは、互いに一体的に形成されてもよい。

制御ユニットは、モータの１つ以上の動作パラメータのそれぞれの値を設定するように構成される。この目的のために、制御ユニットは、モータへのデータリンク１１を有してもよい。あるいは、制御ユニットは、モータと一体的に形成されてもよい。

以下では、特に上述の蓋締め装置を用いて実行することができる、ねじキャップを締める方法について説明する。

特に、ねじキャップを締めるために、ねじキャップは容器の容器ねじ部にねじ込まれてもよい。その際、容器は、例えば支持体によって支持されてもよく、ねじキャップは、ねじ込みヘッドによって保持されてもよい。モータは、例えば制御ユニットによって制御されて動作してもよく、モータ力は、特にねじ込みヘッドを介して、動力伝達機構によってねじキャップに伝達されてもよい。モータ力の伝達は、モータ力の伝達および／または偏向を含んでもよい。

モータの動作は、例えば実速度、目標蓋締めトルクおよび実際の蓋締めトルクモデルなどのモータの動作パラメータの実測値を利用して、動的に適合される。この目的のために、例えば図２に関連して以下で詳細に説明する制御ループなどの制御ループを使用してもよい。

例えば、動作パラメータの実測値および入力変数としての所定の目標蓋締めトルクに基づいて、モータの設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または値の上限および／または下限を決定して出力するために、実際の蓋締めトルクモデルを使用することができる。

例えば、設定されるモータ速度および／または設定されるモータトルクおよび／またはモータトルクが制限されるモータトルクの最大値、すなわちモータトルクの上限が決定されて出力することができる。

この方法は、実際の蓋締めトルクモデルを利用して現在の実際の蓋締めトルクを決定し、現在の実際の蓋締めトルクおよび目標蓋締めトルクに基づいて、設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または上限および／または下限を決定するステップを含んでもよい。この目的のために、実際の蓋締めトルクは、例えば目標蓋締めトルクと比較され、特に目標蓋締めトルクから減算されてもよい。

実際の蓋締めトルクモデルに従って、設定される動作パラメータの値を設定した場合に実際の蓋締めトルクの値が目標蓋締めトルクに近づくことを求めることができるように、設定される動作パラメータの値および／または値の範囲および／または値の上限および／または下限を決定することができる。

モータに設定される動作パラメータの値は、出力値に対応する値、および／または出力値の範囲内にある値、および／または出力された上限を下回る値、および／または出力された下限を上回る値である。

上述の方法ステップは、閉ループ制御処理として実行され、つまり、ステップは繰り返し実行され、動作パラメータの値は動的に適合される。特に、測定、決定および出力は、継続的に実行される。

例示的な制御ループ１２は、上述の方法のために、および／またはモータの動作を動的に適合させるために上述の蓋締め装置において使用することができ、図２に示されている。制御ループは、特に蓋締めトルク制御装置１３を含む。本明細書では、制御変数は蓋締めトルクであり、蓋締めトルク制御装置の入力変数は、目標蓋締めトルクおよび実際の蓋締めトルクである。

制御ループは、蓋締めトルク制御装置に加えてセクション１４を備え、セクション１４は、実際の蓋締めトルクモデルを利用して、モータの実速度および（制限された）モータトルクから実際の蓋締めトルクを決定して、蓋締めトルク制御装置に出力する。本明細書では、セクションは、典型的には動力伝達機構の固有トルクのモデル化も実行する。

言うまでもなく、一般に、上述の実施形態で述べた特徴は、これらの特別な組合せに限定されず、他の任意の組合せにおいて使用してもよい。

１…蓋締め装置、２…モータ、３…動力伝達機構、４…ねじ込みヘッド、５…支持体、６…容器、７…ねじキャップ、６ａ，７ａ…ねじ部、８…センサ、９…制御ユニット、１０、１１…データリンク、１２…制御ループ、１３…蓋締めトルク制御装置、１４…セクション

Claims (15)

1. モータ（２）と、動力伝達機構（３）とを備え、前記動力伝達機構（３）によって前記モータ（２）からねじキャップ（７）に力を伝達するように構成された、前記ねじキャップ（７）を締めるための蓋締め装置（１）において、
   制御ユニット（９）が、目標蓋締めトルクおよび実際の蓋締めトルクモデルなどの前記モータ（２）の動作パラメータの実測値を利用して、前記モータ（２）の動作を動的に適合させることを特徴とする、蓋締め装置（１）。
2. 前記実際の蓋締めトルクモデルが、前記キャップに作用するモデル化されたトルクに基づいて、前記モデル化されたトルクに起因するモデル化された実際の蓋締めトルクを提供する、請求項１に記載の蓋締め装置（１）。
3. 前記実際の蓋締めトルクモデルが、動力伝達機構モデルを利用して前記キャップに作用するトルクを提供し、前記動力伝達機構モデルが、前記動力伝達機構（３）のモデル化された固有トルクを特に含む、請求項２に記載の蓋締め装置（１）。
4. 前記動力伝達機構モデルが、前記動力伝達機構（３）内の慣性および／または摩擦に応じて、前記動力伝達機構（３）の前記固有トルクの値を提供する、請求項３に記載の蓋締め装置（１）。
5. 前記制御ユニット（９）が、制御ループ（１２）に基づいて、前記モータの動作を動的に適合させるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓋締め装置（１）。
6. 前記制御ループ（１２）が、前記動作パラメータの前記実測値および入力変数としての所定の目標蓋締めトルクに基づいて、設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または前記値の上限および／または下限を出力するように構成されている、請求項５に記載の蓋締め装置（１）。
7. 前記制御ループ（１２）が、前記実際の蓋締めトルクモデルを利用して前記実際の蓋締めトルクの現在値を決定し、前記実際の蓋締めトルクの前記現在値および前記目標蓋締めトルクに基づいて、特に前記実際の蓋締めトルクの前記値と前記目標蓋締めトルクの前記値との比較に基づいて、設定される前記少なくとも１つの動作パラメータの前記値および／または前記値の範囲および／または前記上限および／または前記下限を決定するように構成されている、請求項６に記載の蓋締め装置（１）。
8. 制御ループ（１２）が、前記実際の蓋締めトルクモデルに従って、設定される前記動作パラメータの前記値を設定した場合に前記実際の蓋締めトルクの前記値が前記目標蓋締めトルクの前記値に近づくことを求めることができるように、設定される前記動作パラメータの前記値および／または前記値の範囲および／または前記上限および／または前記下限を決定するように構成されている、請求項７に記載の蓋締め装置（１）。
9. 前記制御ユニット（９）が、前記出力された値に対応する値、および／または前記出力された値の範囲内にある値、および／または前記出力された上限を下回る値、および／または前記出力された下限を上回る値を前記モータ（２）に設定するように構成されている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の蓋締め装置（１）。
10. 設定される前記動作パラメータが、モータ速度および／またはモータトルクを含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の蓋締め装置（１）。
11. 前記装置が、前記実際の蓋締めトルクモデルを利用して、および、前記動作パラメータのある設定値もしくは特定の設定値、前記動作パラメータの求められる実際値、および前記動作パラメータの測定値を利用して、前記ねじキャップ（７）に起因する逆トルクを決定するように構成されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の蓋締め装置（１）。
12. 蓋締めするために動力伝達機構（３）によって力がモータ（２）からねじキャップ（７）に伝達される、前記ねじキャップ（７）を締める方法において、
    前記モータ（２）の動作が、前記モータ（２）の動作パラメータの実測値、目標蓋締めトルクおよび実際の蓋締めトルクモデルを利用して動的に適合されることを特徴とする、方法。
13. 前記モータの動作が、制御ループ（１２）に基づいて動的に適合され、
    特に前記制御ループ（１２）が、前記動作パラメータの前記実測値および入力変数としての所定の目標蓋締めトルクに基づいて、前記モータの設定される少なくとも１つの動作パラメータの値および／または値の範囲および／または前記値の上限および／または下限を出力するように構成される、請求項１２に記載の方法。
14. 前記制御ループ（１２）が、前記実際の蓋締めトルクモデルを利用して前記実際の蓋締めトルクの現在値を決定し、前記実際の蓋締めトルクの前記現在値および前記目標蓋締めトルクに基づいて、特に前記実際の蓋締めトルクと前記目標蓋締めトルクとの前記値の比較に基づいて、設定される前記少なくとも１つの動作パラメータの前記値および／または前記値の範囲および／または前記値の上限および／または下限を決定するように構成され、
    特に、前記制御ループ（１２）が、前記実際の蓋締めトルクモデルに従って、設定される前記動作パラメータの前記値を設定した場合に前記実際の蓋締めトルクの前記値が前記目標蓋締めトルクに近づくことを求めることができるように、設定される前記動作パラメータの前記値および／または前記値の範囲および／または前記上限および／または前記下限を決定するように構成される、請求項１３に記載の方法。
15. 制御ユニット（９）を利用して、前記出力された値に対応する値、および／または前記出力された値の範囲内にある値、および／または前記出力された上限を下回る値、および／または前記出力された下限を上回る値が、前記モータ（２）に設定される、請求項１４に記載の方法。

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